структуры ТП влияют:
- величины конструкторского допуска на первичные конструкционные
материалы, определяющие вероятность выхода годных изделий при той или
иной точности изготовления;
- вид и параметры распределения плотности вероятности показателя
качества изделия, также определяющие вероятность выхода годных изде-
лий;
- технологическая точность (точность изготовления), определяющая
затраты на производство изделия при заданной структуре ТП;
- вид и параметры распределения плотности вероятности показателя
качества.
Проблема минимизации технологической себестоимости годного изде-
лия должна рассматриваться как комплексная, ее решение включает в себя
взаимосвязанное рассмотрение системотехнических, схемотехнических,
конструкторских и технологических задач проектирования.
Таким образом, под технологической оптимизацией будем понимать
взаимосвязанный выбор схемотехнической (топологической) реализации из-
делия, номинальных значений его конструкционных параметров и техноло-
гической точности при заданных ограничениях по критерию минимальной
технологической себестоимости годного изделия. Технологическая оптими-
зация ведется на базе результатов параметрического синтеза устройства
и синтеза ТП. (Параметрический синтез характеризуется жесткой страте-
гией получения единственного квазиоптимального варианта ТС, где выяв-
ляются связи параметров системы с критериями качества, т.е. величина-
ми, однозначно связанными с качеством системы, которые образуют опти-
мизационную модель).
Объектом технологической оптимизации являются схемотехнические и
топологические решения устройства, при синтезе которых оптимально
удовлетворены требования обеспечения заданных эксплуатационных пара-
метров, найдены допустимые отклонения электрических и конструкционных
параметров от их номинальных значений и ТП их изготовления. При техно-
логической оптимизации необходимы:
- оценка вероятности выхода годных изделий, учитывающая, что оп-
- 31 -
тимизируется единая система с взаимно влияющими параметрами (условной
вероятностью);
- поиск такого сочетания конструкционных параметров, чтобы веро-
ятность выхода годных была максимальна.
Если решена первая задача, то на основе этого для решения второй
можно использовать стандартные методы оптимизации.
Основой алгоритма в этом случае является циклическое определение
соответствия всех электрических параметров полям допусков при случай-
ных выборах значений конструкционных параметров. Массив значений
конструкционных параметров формируется также, как в методе статисти-
ческих испытаний с использованием датчика случайных чисел при учете
корреляции между параметрами. Законы распределения конструкционных па-
раметров принимаются гауссовскими.
Для каждой реализации массива значений конструкционных параметров
последовательно рассчитываются значения электрических параметров и
сравниваются с допустимыми отклонениями. При несоответствии значения
параметра полю допуска расчет для данной реализации прекращается и
формируется следующая реализация. Та, при которой удовлетворены огра-
ничения на все электрические параметры, регистрируется, после чего
цикл повторяется для следующей реализации. Соотношение общего числа
реализаций и реализаций, удовлетворяющих всем наложенным ограничениям,
рассматривается как условная вероятность выхода годных.
При изменяемом ТП минимум технологической себестоимости годного
изделия достигается взаимосвязанным выбором номинальных значений его
конструкционных параметров, технологической точности и структуры ТП.
Выделим 3 наиболее общих случая:
1. Устойчивый и стабильный ТП целенаправленно изменяется по точ-
ности без изменения структуры за счет изменения точности операций;
2. ТП целенаправленно изменяется по структуре и точности, остава-
ясь устойчивым и стабильным;
3. ТП неустойчив за счет наличия систематических погрешностей и
подлежит периодической корректировке.
Для отыскания условий оптимума во всех трех случаях приемлемы
стандартные методы оптимизации. Для первых двух случаев задача оптими-
зации формулируется одинаково: Пусть Y - вектор номинальных значений
управляемых эксплуатационных параметров, s - вектор их средне-квадра-
тичных отклонений. Минимизируемой (целевой) функцией является техноло-
гическая себестоимость годного изделия, критерием оптимальности - ее
условный минимум minC 4t 0(Y,s) при выполнении ограничений: YcYP, YcYD;
scsP, где: YP - область работоспособности, YD - допустимая область, sP
- область реализуемых среднеквадратичных отклонений.
Для случая 3 в целевую функцию включается T 4k 0 - время до корректи-
ровки ТП, т.о. целевая функция имеет вид C 4t 0(Y,s,T 4k 0) при неизменном
критерии оптимальности - условном минимуме целевой функции в случае
выполнения помимо трех указанных и четвертого ограничения T 4тп 0>T 4k 0>0
(T 4тп 0 - время, в течение которого функционирует ТП). Выбор точности ТП
без изменения его структуры связан с выбором технологического оборудо-
вания по показателя точности, выбором точности поддержания режимов
технологических операций и методов обеспечения этой точности. В ре-
зультате точность ТП связана с величиной технологической себестоимости
и определяет вероятность выхода годных изделий. Таким образом целевая
функция имеет вид: C 4t 0=C 4t 0(s)/P 4y 0(Y,s) 76 0min (6), где: C 4t 0(s) - себестои-
мость изготовления партии изделий, P 4y 0(Y,s) - вероятность выхода годных
изделий.
В общем случае в процессе технологической оптимизации варьируется
точность выполнения отдельных операций в зависимости от выбора техно-
логического оборудования и методов обеспечения этой точности.
Все перечисленные выше изменения должны быть взаимосвязаны, т.е.
- 32 -
решение задачи в рамках автономных систем автоматизированного проекти-
рования конструкций (САПРК) и систем автоматизированного проектирова-
ния технологических процессов (САПРТП) не представляется возможным.
1.10. Основные принципы автоматизации производства.
В своем развитии автоматизация производства прошла несколько ста-
дий, которые сменяли друг друга. В то же время, они могут применяться
одновременно и применяются сейчас на различных предприятиях и типах
производств. Рассмотрим их последовательно.
1.10.1. Понятие системы автоматического регулирования (САР)
САР являются первым уровнем (иногда единственным) большинства
систем автоматического и автоматизированного управления. Часто их еще
называют системами локального регулирования. Основное их назначение -
это поддержание параметров технологического процесса в заданных преде-
лах или изменение их по заданному закону. Они широко применяются в тех
случаях, когда существует один управляющий параметр и один контролиру-
емый параметр, на который он влияет. Например, в лабораторной печи
контролируется температура и нагрев осуществляется с помощью электри-
ческой спирали. Регулировать температуру можно за счет изменения тока
или напряжения на спирали.
Обычно САР применяются там, где регулирование ведется в достаточ-
но узких пределах, при выходе системы за эти пределы САР отключают и
переходят на ручное управление или управление от АСУТП.
Иногда в одной системе используется несколько САР для управления
системой по нескольким каналам вход-выход.
1.10.2. Понятие информационно-измерительной системы (ИИС)
ИИС, или как их еще называют системы централизованного контроля
(СЦК), исторически появились первыми и широко применяются до сих пор в
тех производствах, где технологические процессы высокостабильны,
устойчивы к внешним воздействиям, а управляющие воздействия сложно
формализуемы. Например, ИИС широко применяются в энергетике.
Как следует из названия, основной задачей ИИС является централи-
зованный сбор информации о ходе технологического процесса (опрос дат-
чиков), обработка ее и выдача в виде удобном для дальнейшего использо-
вания.
1.10.3. Понятие автоматизированной системы управления
технологическим процессом (АСУТП)
АСУТП предназначена для автоматического сбора информации о ходе
технологического процесса, обработки ее, выработки управляющих воз-
действий для его корректировки и диалога с оператором-технологом в
случае значительных нарушений технологических режимов, подготовки от-
четных документов. Составной частью АСУТП является ИИС.
В настоящее время АСУТП широко применяются в промышленности, осо-
бенно там, где выполняются сложные технологические процессы с большим
количеством контролируемых параметров и управляющих воздействий, с
целью разгрузки оператора от рутинной работы и сосредоточения его вни-
мания на тех случаях, когда требуется его вмешательство.
Автоматизированные системы управления технологическими процессами
отличаются от систем автоматического управления (регулирования) более
широким диапазоном автоматизируемых функций управления. АСУТП выполня-
ют следующие основные функции: централизованного контроля, определяют
- 33 -
оптимальный технологический режим, удовлетворяющий выбранному крите-
рию; формируют и реализуют управляющие воздействия, обеспечивающие ве-
дение оптимального режима; корректируют математическую модель объекта
при изменениях на объекте; рассчитывают и регистрируют текущие и обоб-
щенные технологические и экономические показатели; оперативно распре-
деляют материальные потоки и энергию между технологическими агрегатами